專利名稱：主動變頻防搖系統及具有該系統的起重機的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于起吊系統技術領域，具體地說，是涉及一種用于防止起吊裝置搖 擺的防搖系統以及采用該防搖系統設計的起重機。
技術背景 在港口和碼頭的集裝箱裝卸過程中，起重機扮演著極其重要的角色。無論是軌道 式集裝箱龍門起重機(通常簡稱為軌道吊)，還是輪胎式集裝箱龍門起重機(通常簡稱為輪 胎吊)，在使用過程中都存在著集裝箱吊具搖擺的現象。尤其是在起重機上的小車機構與升 降機構聯動的情況下，搖擺現象更為突出，難以實現快速地著箱、抓箱或者很難把集裝箱準 確地放到位，從而嚴重影響了裝卸作業的操作效率和安全性。特別是在當今港口集裝箱運 輸快速發展的時期，這個問題已經成為束縛集裝箱裝卸操作效率和安全性的嚴重瓶頸。為了解決上述問題，傳統的設計方案是在現有的起重機上裝配力矩電機加單向滾 筒的減搖系統，完全靠定制電機自身驅動力矩控制來減輕升降機構的搖擺幅度，存在適應 性和減搖跟隨性差等缺陷，減搖效果不好。
實用新型內容本實用新型為了解決現有的減搖系統采用力矩電機加單向滾筒的設計方案存在 減搖跟隨性差、減搖效果不佳的問題，提供了一種主動變頻防搖系統，采用變頻器驅動變頻 電機帶動減搖滾筒卷繞固定在吊具上的鋼絲繩相互配合升降，從而達到了減搖目的。為了解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案予以實現一種主動變頻防搖系統，包括減搖滾筒和吊具上架，所述減搖滾筒由變頻電機驅 動旋轉，卷繞用于吊掛所述吊具上架的鋼絲繩；所述變頻電機由變頻器驅動控制，所述變頻 電機的實際轉速和轉向由檢測裝置采樣后，反饋至變頻器以用于變頻器調節變頻電機的轉 速。優選的，所述檢測裝置優選采用編碼器進行系統設計。進一步的，所述變頻器應采用具有自學習功能的變頻器，其交流電源輸出端通過 串聯的熱繼電器連接所述變頻電機的供電端。又進一步的，所述變頻器的控制端連接主控制器，接收主控制器輸出的運行指令， 并在系統故障時向主控制器反饋故障信號。再進一步的，所述變頻器的交流電源輸入端通過串聯的空氣開關連接主供電回路。為了實現對變頻電機的制動控制，在所述減搖滾筒的輸出軸上安裝有制動器，所 述制動器在接收到主控制器輸出的制動指令時使減搖滾筒停轉。為了提高系統的減搖跟隨性，所述減搖滾筒優選采用單向滾筒，其上卷繞的鋼絲 繩通過換向滑輪延伸至吊具上架，并固定在所述的吊具上架上，以實現對所述吊具上架的 吊掛。[0013]更進一步的，所述減搖滾筒、變頻電機和變頻器均包括四臺，每一臺變頻器驅動一 臺變頻電機旋轉，進而帶動一個減搖滾筒轉動，以卷繞該減搖滾筒上的鋼絲繩；其中的兩根 鋼絲繩交叉固定于所述吊具上架的同一側，另外兩根鋼絲繩交叉固定于所述吊具上架的相 對一側。優選的，所述減搖滾筒和變頻電機安裝于用于驅動所述吊具上架移動的小車機構 上。基于上述主動變頻防搖系統，本實用新型又提供了一種采用所述主動變頻防搖系 統設計的起重機，通過在起重機上安裝由變頻電機、變頻器組成的減搖滾筒驅動機構，并針 對變頻電機的實際轉速和轉向實時地調節變頻電機的轉速，從而實現了良好的速度跟隨 性，達到了吊具減搖效果。與現有技術相比，本實用新型的優點和積極效果是本實用新型的主動變頻防搖 系統采用恒力矩變頻驅動控制方式，具有速度跟隨好、穩定性強等顯著優勢，可最大程度地 保證減搖效果。將其應用于集裝箱起重機中，在小車機構與升降機構聯動時能夠快速、明顯 地起到減輕吊具搖擺的作用，從而大大提高了集裝箱的裝 卸效率，減少了放置集裝箱時因 吊具搖擺造成的碰箱事件的發生，改善了集裝箱軌道吊或者輪胎吊的整機工作性能，極大 方便了裝卸人員的操作，保證了裝卸作業的安全性。結合附圖閱讀本實用新型實施方式的詳細描述后，本實用新型的其他特點和優點 將變得更加清楚。
圖1是本實用新型所提出的主動變頻防搖系統的一種實施例的系統架構圖；圖2是圖1所示的主動變頻防搖系統的一種實施例的電氣原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細地說明。本實用新型改變傳統減搖系統完全靠定制電機自身驅動力矩的控制形式，采用變 頻器驅動變頻電機帶動滾筒轉動的方案實現主動變頻防搖功能，結合計算防搖鋼絲繩在吊 具上的固定點，經過多次試驗，選擇最佳受力位置，達到最佳防搖效果。下面以裝箱龍門起重機為例，通過一個具體的實施例來詳細闡述所述主動變頻防 搖系統的具體組建結構及其工作原理。實施例一，參見圖1所示，本實施例的主動變頻防搖系統主要由變頻器、變頻電機 1和減搖滾筒2等部分組成。其中，減搖滾筒2由變頻電機1驅動旋轉，以帶動集裝箱起重 機中用于吊掛吊具上架4的鋼絲繩5卷繞。變頻器用于驅動變頻電機1旋轉，變頻電機1 運行過程中的實際轉速和轉向信息由設置在變頻電機1的檢測裝置采樣后，反饋至變頻器 以改變其輸出頻率，進而實現對變頻電機1轉速的及時調節，以穩定吊具上架4，避免安裝 于吊具上架4上的集裝箱吊具發生搖擺現象。在本實施例中，所述變頻器應選擇具有自學習功能的智能變頻器，在系統正常運 行前，將變頻電機1的額定電壓、額定電流、額定頻率、額定轉速等固定參數寫入變頻器，然 后驅動系統試運行幾次。在此過程中，變頻器利用其自身的學習功能根據系統所存在的工況差異(比如變頻電機1的性能、減搖滾筒2的性能、鋼絲繩5的性能、鋼絲繩固定點的差 異、吊具本體的差異等)，對其自身的參數進行自動調整，使變頻器所驅動的變頻電機1能 夠完全適用于鋼絲繩5所拉動的吊具上架4，以減輕搖擺問題。為了實現變頻器對變頻電機1的準確驅動控制，本實施例優選采用編碼器來檢測 變頻電機1當前的實際轉速和轉向，反饋至變頻器，以作為變頻器對變頻電機1下一時刻的 轉速或者轉向進行自適應調節的依據。本實施例為了提高系統的速度跟隨性，并進一步簡化系統設計，優選采用單向滾 筒來設計所述的主動防搖系統。當然，采用雙向滾筒配合變頻電機1和變頻器同樣可以進 行主動變頻防搖系統的整體設計，以達到減輕吊具搖擺的效果。但是，變頻器的具體驅動過 程相對較復雜。將單向滾筒2上卷繞的鋼絲繩5通過換向滑輪7延伸至吊具上架4，并固定在所述 的吊具上架4上，如圖1所示，以實現對吊具上架4的吊掛。 在本實施例的集裝箱起重機的系統結構設計中，為了牢固地吊起吊具上架4，并最 大限度地減輕吊具上架4因小車機構行走而導致的搖晃問題，優選在吊具上架4上固定四 根鋼絲繩5，每一根鋼絲繩5通過一個換向滑輪7纏繞在一個單向滾筒2上，每一個單向滾 筒1由一臺變頻電機1驅動旋轉，每一臺變頻電機1的轉速又由一臺變頻器驅動控制。圖 1中僅示出了一個單向滾筒2、兩臺變頻電機1、兩個換向滑輪7和兩根鋼絲繩5，其余的同 類型機構由于擺放位置的關系，在圖1的繪圖方向上剛好與圖中所示機構重疊。將主動變頻防搖系統中的各單向滾筒2、變頻電機1和換向滑輪7安裝于起重機的 小車機構上，比如小車運行架下層的減搖平臺6上，進而在小車運行時驅動吊具上架4隨之 行走，以帶動安裝于吊具上架4上的吊具移動到需要裝卸集裝箱的位置。為了提高減搖效果，本實施例將用于吊掛吊具上架4的鋼絲繩5分成兩組，其中一 組的兩根鋼絲繩5交叉后固定于吊具上架4的同一側，如圖1所示，另外一組的兩根鋼絲繩 交叉固定于吊具上架4的相對一側，以提高吊具上架4的穩定效果。此外，在單向滾筒2的輸出軸上還進一步安裝有制動器3，將所述制動器3的控制 端連接到起重機整機電控系統中的主控制器上，在主控制器的控制作用下實現對單向滾筒 2的制動控制。圖2為本實施例中主動變頻防搖系統的電氣原理圖，其中，供電主回路提供的三 相交流電源UVW通過空氣開關Ql連接四臺變頻器INVl INV4的交流電源輸入端U1、V1、 W1，為變頻器INVl INV4提供工作電源。變頻器INVl INV4的三相交流電源輸出端U2、 V2、W2連接變頻電機Ml M4，為變頻電機Ml M4供電，以驅動變頻電機Ml M4旋轉。 變頻電機Ml M4當前的實際轉速和轉向由與其連接的編碼器PGl PG4采樣后，反饋至 變頻器INVl INV4，以構成閉環控制系統。變頻器INVl INV4根據接收到的反饋量，利 用其內部自帶的軟件控制算法，計算出下一時刻需要輸出的交流電源頻率，以實現對變頻 電機Ml M4轉速的自動控制，進而帶動四個單向滾筒轉動，卷繞四根固定在吊具上架上的 鋼絲繩相互配合，達到減輕吊具搖擺的設計目的。在本實施例中，為了實現對變頻電機Ml M4的過載保護、斷相保護以及電流不平 衡運行的保護，優選在變頻器INVl INV4的三相交流電源輸出端U2、V2、W2與變頻電機 Ml M4之間分別串聯一路熱繼電器FRl FR4，以提高系統電路運行的安全性。[0034]此外，為了實現對變頻器INVl INV4的啟停控制，本實施例將變頻器INVl INV4的控制端與整機電控系統中的主控制器相連接，接收主控制器輸出的運行指令，并在 變頻器INVl INV4檢測到系統出現故障時，及時地向主控制器反饋故障信號，并由電控系 統控制整機停車，進行故障排查。當然，上述說明并非是對本實用新型的限制，本實用新型也并不 僅限于上述舉例， 本技術領域的普通技術人員在本實用新型的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換， 也應屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求一種主動變頻防搖系統，包括減搖滾筒和吊具上架，其特征在于所述減搖滾筒由變頻電機驅動旋轉，卷繞用于吊掛所述吊具上架的鋼絲繩；所述變頻電機由變頻器驅動控制，所述變頻電機的實際轉速和轉向由檢測裝置采樣后，反饋至變頻器以用于變頻器調節變頻電機的轉速。
2.根據權利要求1所述的主動變頻防搖系統，其特征在于所述檢測裝置為編碼器。
3.根據權利要求1所述的主動變頻防搖系統，其特征在于所述變頻器為具有自學習 功能的變頻器，其交流電源輸出端通過串聯的熱繼電器連接所述變頻電機的供電端。
4.根據權利要求3所述的主動變頻防搖系統，其特征在于所述變頻器的控制端連接 主控制器，接收主控制器輸出的運行指令，并在系統故障時向主控制器反饋故障信號。
5.根據權利要求4所述的主動變頻防搖系統，其特征在于所述變頻器的交流電源輸 入端通過串聯的空氣開關連接主供電回路。
6.根據權利要求1所述的主動變頻防搖系統，其特征在于在所述減搖滾筒的輸出軸 上安裝有制動器，所述制動器在接收到主控制器輸出的制動指令時使減搖滾筒停轉。
7.根據權利要求1所述的主動變頻防搖系統，其特征在于所述減搖滾筒為單向滾筒， 其上卷繞的鋼絲繩通過換向滑輪延伸至吊具上架，并固定在所述的吊具上架上。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的主動變頻防搖系統，其特征在于所述減搖滾 筒、變頻電機和變頻器均包括四臺，每一臺變頻器驅動一臺變頻電機旋轉，進而帶動一個減 搖滾筒轉動，以卷繞該減搖滾筒上的鋼絲繩；其中的兩根鋼絲繩交叉固定于所述吊具上架 的同一側，另外兩根鋼絲繩交叉固定于所述吊具上架的相對一側。
9.根據權利要求8所述的主動變頻防搖系統，其特征在于所述減搖滾筒和變頻電機 安裝于用于驅動所述吊具上架移動的小車機構上。
10.一種起重機，包括小車機構和吊具升降機構，其特征在于還包括如權利要求1至9 中任一項權利要求所述的主動變頻防搖系統。
專利摘要本實用新型公開了一種主動變頻防搖系統及具有該系統的起重機，包括減搖滾筒和吊具上架，所述減搖滾筒由變頻電機驅動旋轉，卷繞用于吊掛所述吊具上架的鋼絲繩；所述變頻電機由變頻器驅動控制，所述變頻電機的實際轉速和轉向由檢測裝置采樣后，反饋至變頻器以用于變頻器調節變頻電機的轉速。本實用新型的主動變頻防搖系統采用恒力矩變頻驅動控制方式，速度跟隨好、穩定性強，可最大程度地保證減搖效果。將其應用于集裝箱起重機中，在小車機構與升降機構聯動時能夠快速、明顯地起到減輕吊具搖擺的作用，提高了集裝箱的裝卸效率，減少了放置集裝箱時因吊具搖擺造成的碰箱事件的發生，改善了集裝箱起重機的整機工作性能，保證了裝卸作業的安全性。
文檔編號B66C13/06GK201647833SQ20102018048
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月27日 優先權日2010年4月27日
發明者徐東琦, 李書強, 李小山 申請人:青島港(集團)有限公司